熱力學(xué)第一定律上課版

一準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程（理想化的過(guò)程）

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：從一個(gè)平衡態(tài)到另一平衡態(tài)所經(jīng)過(guò)的每一中間狀態(tài)均可近似當(dāng)作平衡態(tài)的過(guò)程.氣體活塞砂子12狀態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢，以至于過(guò)程中的每一個(gè)中間狀態(tài)都近似于平衡態(tài)。15.2熱力學(xué)的基本概念u弛豫時(shí)間:一個(gè)系統(tǒng)的平衡態(tài)從破壞到恢復(fù)至新的平衡態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間。舉例1：外界對(duì)系統(tǒng)做功例：氣缸內(nèi)氣體從非平衡態(tài)到平衡態(tài)的過(guò)渡時(shí)間，即弛豫時(shí)間，約10-3

秒實(shí)際內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)氣體經(jīng)歷一次壓縮的時(shí)間大約是10-2

秒熱傳遞做功通過(guò)物體宏觀位移來(lái)完成，是系統(tǒng)外物體的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)內(nèi)分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)之間的轉(zhuǎn)換通過(guò)分子間的相互作用來(lái)完成，是系統(tǒng)外、內(nèi)分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)之間的轉(zhuǎn)換改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種不同方法：鉆木取火

——通過(guò)做功的方式將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為物體的內(nèi)能?？净稹ㄟ^(guò)熱量傳遞提高物體內(nèi)能。作機(jī)械功改變系統(tǒng)狀態(tài)的焦耳實(shí)驗(yàn)AV作電功改變系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)二功（過(guò)程量）

功是能量傳遞和轉(zhuǎn)換的量度，它引起系統(tǒng)熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程功的計(jì)算注意：作功與過(guò)程有關(guān).宏觀運(yùn)動(dòng)能量熱運(yùn)動(dòng)能量四內(nèi)能（狀態(tài)量）:U2AB1**2AB1**

理想氣體內(nèi)能

:三熱量（過(guò)程量）:Q通過(guò)傳熱方式傳遞能量的量度：Q15.3熱力學(xué)第一定律系統(tǒng)從外界吸收的熱量Q,一部分使系統(tǒng)的內(nèi)能增加?U,另一部分使系統(tǒng)對(duì)外界做功A

.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程微小過(guò)程12**+系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱內(nèi)能增加內(nèi)能減少系統(tǒng)對(duì)外界做功外界對(duì)系統(tǒng)做功第一定律的符號(hào)規(guī)定或者

計(jì)算各等值過(guò)程的熱量、功和內(nèi)能的理論基礎(chǔ)（1）（理想氣體的共性）（2）解決過(guò)程中能量轉(zhuǎn)換的問(wèn)題（3）（理想氣體的內(nèi)能（態(tài)函數(shù)））

（4）各等值過(guò)程的特性.15.4熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的應(yīng)用VV1等體過(guò)程P等壓過(guò)程中熱量改變：PP

定壓摩爾熱容:

理想氣體在等壓過(guò)程中吸收的熱量，溫度升高，其定壓摩爾熱容為TT等溫過(guò)程例3

質(zhì)量為2.810-3kg，壓強(qiáng)為1atm，溫度為27℃的氮?dú)狻Ｏ仍隗w積不變的情況下使其壓強(qiáng)增至3atm，再經(jīng)等溫膨脹使壓強(qiáng)降至1atm，然后又在等壓過(guò)程中將體積壓縮一半。試求氮?dú)庠谌窟^(guò)程中的內(nèi)能變化，所做的功以及吸收的熱量，并畫出p-V圖。解V3V4Vp/atm132V112341—2等體過(guò)程：2--3等溫過(guò)程：V3V4Vp/atm132V112343--4等壓過(guò)程：1215.6.1絕熱過(guò)程與外界無(wú)熱量交換的過(guò)程特征絕熱的汽缸壁和活塞15.6絕熱過(guò)程與多方過(guò)程

絕熱方程的推導(dǎo)分離變量得12絕熱

方程常量常量常量絕熱線和等溫線絕熱過(guò)程曲線的斜率等溫過(guò)程曲線的斜率常量常量ABC常量

例設(shè)有5mol

的氫氣，最初的壓強(qiáng)為，溫度為，求在下列過(guò)程中，把氫氣壓縮為原體積的1/10

需作的功:1）等溫過(guò)程，2）絕熱過(guò)程.解

1）等溫過(guò)程2）氫氣為雙原子氣體12常量非靜態(tài)絕熱過(guò)程如：絕熱自由膨脹

V1中氣體處于平衡態(tài)，抽去隔板，過(guò)一段時(shí)間后，V2中氣體達(dá)到新的平衡態(tài)。這是絕熱自由膨脹，沒(méi)有外界幫助,過(guò)程中每個(gè)時(shí)刻都不是平衡態(tài)。(又如：爆炸……)但不是等溫過(guò)程（初態(tài)、末態(tài)狀態(tài)方程可用）2絕熱壁各種熱機(jī)的效率液體燃料火箭蒸汽機(jī)柴油機(jī)汽油機(jī)15.7循環(huán)過(guò)程1698年薩維利和1705年紐可門先后發(fā)明了蒸汽機(jī).1765年瓦特改進(jìn)了蒸氣機(jī)，大大提高了效率.熱機(jī)：持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)器.

系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列變化狀態(tài)過(guò)程后，又回到原來(lái)的狀態(tài)的過(guò)程叫熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程.特征15.7.1循環(huán)過(guò)程ABACB

為膨脹過(guò)程：BDA為壓縮過(guò)程：凈功：結(jié)論：在任何一個(gè)循環(huán)過(guò)程中，系統(tǒng)所做的凈功在數(shù)值上等于p–V圖上循環(huán)曲線所包圍的面積。熱機(jī)熱機(jī)效率高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩礋釞C(jī)（正循環(huán)）AB正循環(huán)與循環(huán)效率（熱機(jī)效率）凈功設(shè)：系統(tǒng)吸熱Q1

，系統(tǒng)放熱致冷機(jī)致冷系數(shù)致冷機(jī)（逆循環(huán)）AB致冷機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩茨嫜h(huán)與致冷系數(shù)冰箱循環(huán)示意圖1824年，法國(guó)青年科學(xué)家卡諾（1796—1832）提出一種理想熱機(jī)，工作物質(zhì)只與兩個(gè)恒定熱源（一個(gè)高溫?zé)嵩?，一個(gè)低溫?zé)嵩矗┙粨Q熱量。整個(gè)循環(huán)過(guò)程是由兩個(gè)絕熱過(guò)程和兩個(gè)等溫過(guò)程構(gòu)成，這樣的循環(huán)過(guò)程稱為卡諾循環(huán)。

卡諾循環(huán)是由兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)等溫過(guò)程和兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程組成.15.7.2卡諾循環(huán)

高溫?zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)低溫?zé)嵩碅1234

1824年法國(guó)的年青工程師卡諾提出一個(gè)工作在兩熱源之間的理想循環(huán)—卡諾循環(huán).給出了熱機(jī)效率的理論極限值;他還提出了著名的卡諾定理.A1234

理想氣體卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的計(jì)算

1—2

等溫膨脹

2—3

絕熱膨脹

3—4

等溫壓縮

4—1

絕熱壓縮卡諾循環(huán)1—2等溫膨脹吸熱3—4

等溫壓縮放熱A1234

4—1

絕熱過(guò)程2—3

絕熱過(guò)程

卡諾熱機(jī)效率A1234

卡諾熱機(jī)效率與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)，只與兩個(gè)熱源的溫度有關(guān)，兩熱源的溫差越大，則卡諾循環(huán)的效率越高.

A1234高溫?zé)嵩纯ㄖZ致冷機(jī)低溫?zé)嵩?/p>

卡諾致冷機(jī)（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù)例1.一定量的理想氣體，分別經(jīng)歷abc、def

過(guò)程。這兩過(guò)程是吸熱還是放熱？def：abc：（0）（+）

（+）（0）（-）（+）

（-）（+）

（-）^=df絕熱等溫絕熱例3210